网络层
网络层的功能
把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。 网络层的传输单位是数据报，其中分组是数据报的片段
- 功能一：路由选择与分组转发
- 功能二：异构网络互联
- 功能三：拥塞控制 要与流量控制区别开来，流量控制是对于接收方而言，接收方来不及接收发送方的数据，需要发送方降低速率；而拥塞控制则是一个全局性的概念，由于整个网络中的负载过重，分组的转发速率就特别慢，则导致大部分的分组都被丢弃。解决方法有开环控制(静)和闭环控制(动)两种方法。
数据交换方式
数据交换方式即数据交换信息、传输信息的方式 传输单元几种名词辨析：
- 应用层：报文，例如用QQ传输的一个文件
- 传输层：报文段，传输层只对大报文进行分割，成为多个报文段；对于小报文，则不会分割
- 网络层：IP数据报、分组，IP数据报是对上层进行封装的结果，若上层传下来的数据过大，则会切割成分组
- 数据链路层：帧，对上层的分组加头加尾
- 物理层：比特流
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电路交换 方式：建立连接–通信–释放连接，独占资源 优点：时延少、有序传输、没有冲突、实时性强 缺点：建立连接时间长、线路独占，使用效率低、灵活性差、无差错控制能力
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报文交换 报文：源应用发送的信息整体 优点：无需事先建立连接、存储转发，动态分配线路、线路可靠性和利用率较高、多目标服务 缺点：有存储转发时延、报文大小不定，需要网络节点有较大缓存空间
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分组交换(数据报方式、虚电路方式) 把报文分成若干个分组， 优点：无需事先建立连接、存储转发，动态分配线路、线路可靠性和利用率较高、相对报文交换，存储管理更容易 缺点：有存储转发时延、需要传输额外的信息量、乱序到目的主机时，要对分组排序重组 分组交换相比于报文交换，分组交换时延更少；报文交换和分组交换都采用存储转发方式；传输数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换，此情况电路交换的时延最小。
- 数据报方式：为网络层提供无连接服务，即不事先为分组的传输确定传输路径
- 虚电路方式：为网络层提供连接服务，即首先为分组的传输确定传输路径，之后的分组均在此条连接上传输。保证分组的有序到达
IP数据报的格式
IP数据报分片
最大传输单元MTU：指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小。以太网的MTU是1500字节 IP数据报需要分片是在当其大小超过了链路层MTU的时候
IP地址
全世界唯一的32位标识符，标识路由器主机的接口
分类的IP地址
由网络号和主机号构成 特殊IP地址 私有IP地址 可用主机数
网络地址转换NAT
路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发，若要进行全球通讯，则需要有效IP地址 在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址
子网划分与子网掩码
分类的IP地址缺点：IP地址的空间利用率有时很低、两级IP地址不够灵活 子网划分：将主机号的一部分作为子网号，对外仍表现为一个网络，即单位外的网络看不见本单位内子网的划分 主机号不能全0或全1，网络号是否可以全0或全1要视情况而定，在CIDR中可以使用 网络地址=IP地址&子网掩码
使用子网时路由器的分组转发
路由表中：
- 目的网络地址
- 目的网络子网掩码
- 下一条地址
先将目的IP同各子网的掩码相与，看结果是否等于子网网络号，若有相等的，则直接交付，否则寻找下一条地址
无分类编址CIDR
之前的子网掩码均是定长的，即每个子网下的主机数是相同的、一定的。而CIDR则是不定长的，故每个子网下的主机数可以不同，有很大的灵活性。 无分类域间路由选择CIDR，消除了传统的A类、B类、C类地址以及划分子网的概念，融合子网地址与子网掩码。 CIDR记法由网络前缀和主机号构成，记法为：IP地址/网络前缀位数
路由聚合
将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合
最长前缀匹配
使用CIDR时，查找路由表可能得到几个匹配结果，应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体。
TCP/IP协议栈
ARP协议
由于在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用MAC地址，所以需要ARP协议，其功能为完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射，通俗来讲就是解决下一跳走哪的问题。 ARP协议为IP协议提供服务 注：路由器和主机有MAC地址，而交换机和集线器没有
DHCP协议
主机获取IP地址：静态配置、动态配置 静态配置适用于机房等固定设备，管理员为其分配；动态配置适用于笔记本等非固定设备，DHCP服务器为其分配 动态主机配置协议DHCP协议是应用层协议，使用客户/服务器方式，客户端和服务端通过广播方式进行交互，基于UDP。
ICMP协议
网际控制报文协议ICMP支持主机或路由器：差错报告、网络探询 为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会
格式
类型：ICMP差错报文、ICMP询问报文
- ICMP差错报告报文(5种) 其数据字段 以下情况不发送ICMP差错报告报文
- ICMP询问报文
应用
- ping：测试两个主机之间的连通性，使用ICMP回送请求和回答报文
- traceroute：跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用ICMP时间超过差错报告报文
IPv6
从根本上解决地址不够用的问题，即提供更多的地址
数据报格式
IPv6和IPv4的区别
IPv6地址表示
IPv6如何’兼容’IPv4
从IPv4向IPv6过渡需要一段时间，此段时间内IPv6网络要可以与IPv4网路通信
路由算法及路由协议
路由算法
分层次的路由选择协议
RIP协议及距离向量算法
应用层协议，用UDP传输 距离向量算法 RIP协议具有“慢收敛”的特性，当一个网络出现故障时，周围路由器要经过很长的一段时间才能得知。
OSPF协议及链路状态算法
开放最短路径优先OSPF协议，使用分布式的链路状态协议,网络层协议，用IP数据报传输
BGP协议
应用层协议，借助tcp传送，支持CIDR
三种协议比较
IP组播
IP组播地址
IGMP协议与组播路由选择协议
- 网际组管理协议IGMP IGMP协议让路由器知道本局域网内是否有主机参加或退出了某个组播组
- 组播路由选择协议
移动IP
移动IP技术是移动节点(计算机/服务器等)以固定的网络IP地址，实现跨越不同网段的漫游功能，并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不会发生任何改变。
网络层设备–路由器
路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组，若收到RIP/OSPF分组等，则把分组送往路由选择处理机，若收到数据分组，则查找转发表并输出 路由器中的输入或输出队列产生一处是造成分组丢失的重要原因